为了克服传统气象干旱指数在计算时依赖历史同期气候概率数据的不足，本文建立了能够反映土壤干旱程度但只需当期降水量、蒸发量资料的气象干旱指数。根据土壤水分平衡方程，结合土壤干旱等级，利用干土层表土蒸发强度与水面蒸发强度关系和土壤蒸发计算方法，推导出在累积降水量-累积蒸发量坐标系中的各干旱等级临界线表达式，4条临界线表达式分别对应轻旱、中旱、重旱、特旱4个干旱等级。通过前向逐日滚动计算，将累积降水量、累积蒸发量构成的坐标点到相应临界线距离最大的点作为该临界线的最大距离点，在各临界线最大距离点中以位于最高干旱等级区且离下方最近临界线距离最大的坐标点确定干旱等级，由该坐标点到各临界线的距离构造土壤干旱等级距离指数，反映土壤干旱等级。将土壤干旱等级距离指数与土壤水分测量数据和干旱灾情记录进行比较，发现该指数变化与土壤水分变化高度负相关，与实际干旱影响有很高的一致性。土壤干旱等级距离指数具有物理意义明确、计算方便、时间尺度短等优点，对干旱监控实际业务具有重要意义。
基于气象、水文观测及NCEP/NCAR（National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research）再分析数据对黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件变化特征及其成因以及对径流的影响进行了分析与探讨。结果表明，在平均空间分布上，黄河上游主要汇流区夏季高温日数从西南到东北逐渐增多，而夏季降水量正好相反；从时空分布看，1961年以来黄河上游主要汇流区夏季高温日数呈一致增多趋势；夏季降水从长期趋势看呈一致波动变化，但2000年以后呈一致增加趋势；复合干热事件本世纪以来显著增多。在多时间尺度变化上，黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件主要以年际和趋势变化为主。环流影响因子方面，黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件变化受多环流因子共同影响，但在不同时间尺度上影响因子差异较大，年际尺度上西风环流、东亚夏季风、南亚夏季风、高原夏季风及北风环流的影响程度均较弱，年代际尺度上主要受高原夏季风环流影响，多年代际尺度上同时受西风环流、东亚夏季风、南亚夏季风、高原夏季风及北风环流共同影响。大尺度环流背景场上，西太平洋副热带高压偏西偏强、缺少异常的西南水汽输送及垂直场上异常的下沉运动是本世纪以来黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件增多的主要原因。黄河上游主要汇流区夏季复合干热事件的增加会使得流域兰州站的径流量减少，而1998年以来黄河兰州段径流量的增加主要原因是降水增加。
国家体育场（简称“鸟巢”）及其周边3 km范围内的北京奥林匹克公园（简称“奥森”）和国家奥林匹克体育中心（简称“奥体”）区域，分别代表大型密集建筑体育场馆区、自然下垫面区域及临近大型体育场馆的3种不同地面气象探测环境。利用2020—2021年鸟巢、奥森和奥体区域自动气象站的逐时气温、降雨量、风速和风向观测资料，对鸟巢周围不同气象探测环境下的气温特征进行精细化分析。研究结果表明，与奥森站相比，奥体和鸟巢看台的年平均温度分别高出1.3、2.1 ℃，且冬半年气温差异明显大于夏半年；鸟巢内部看台区的逐月平均气温普遍高于冠顶区域，东看台年平均气温略高于西看台0.2 ℃，鸟巢半封闭冠顶结构导致的阴影遮蔽效应使其逐时温差与太阳高度角呈良好对应关系。此外，奥体与奥森站的逐时月平均气温变化趋势较为一致，但奥森站气温变化更快。研究还发现，各气象站的温差与风速和降水天气条件存在相应的关联特征。
为评估气候变化对农业的潜在影响并科学地制定应对策略，本文基于1994—2023年湖北省76个国家级气象观测站逐日气温、降水等资料，根据区域性高温天气过程等级划分标准及干旱过程监测评估方法，识别和分析了湖北省区域性高温、干旱事件及其复合事件的变化特征和农业致灾危险性。结果表明，湖北省区域性高温事件平均每年发生4.3次，总体呈增加趋势，其中61.2%的特强和强高温事件集中在7—8月；区域性干旱事件平均每年发生1.5次，2010年前呈减少趋势，之后转为增加，冬春季的发生频次略高于夏秋季；区域性高温干旱复合事件多发生在6—8月，2010年后发生频次明显增加。区域性高温和干旱事件的强度及其农业致灾危险性的空间分布基本相似，高温事件的高强度和高危险区主要位于湖北省东部，而低值区位于西南部；干旱事件则以中部偏东区域为高值区，并向周围递减；高温干旱复合事件的致灾危险性从东部向西部递减。区域性高温、干旱及其复合事件分布最广的危险等级区域分别为高危险区、中危险区和极高危险区，其面积分别占湖北省总面积的37.6%、53.8%、46.6%。在全球气候变暖和极端天气事件频发的背景下，湖北省东部区域性极端高温、干旱及其复合事件的发生概率及致灾危险性预计将会增加。
复合高温干旱事件是石羊河流域高发的复合极端气候事件之一，对工农业生产和生态环境造成的影响比单一的极端气候事件更为严重。利用1961—2023年石羊河流域5个气象站平均气温、最高气温、降水等资料，采用百分位数阈值法和Ped气象干旱指数识别和确定复合高温干旱事件，采用线性趋势法分析复合高温干旱事件时空演变特征。结果表明：石羊河流域复合高温干旱事件多年平均频次的空间差异较小，但各年代内复合高温干旱事件平均频次空间差异明显，且空间差异有逐年代增大趋势。石羊河流域复合高温干旱事件年频次呈先减少后增多的趋势，全流域及各地均在1996年之前减少，之后增多。复合高温干旱事件主要出现在6—8月，7月最多。石羊河流域不同等级复合高温干旱事件发生频次变化较大，随着干旱等级的升高，干旱频次呈先增加后减少的趋势，中旱频次最多，特旱最少。
研究成都市不同尺度干旱时空分布特征对该地区农业、经济发展及干旱防灾减灾等具有重要意义。利用成都市14个国家气象站1960—2022年逐月降水数据，选择标准降水指数（Standardized Precipitation Index，SPI），首先通过对SciPy库概率分布函数的优选，确定成都市14个国家气象站年及季降水序列的最优概率分布函数；其次，基于最优概率分布函数分别计算得到年尺度和季节尺度的SPI（分别简称“SPI12、SPI3”）；最后，基于SPI12和SPI3分析成都市年、季尺度干旱的时空分布特征。结果表明：不同尺度降水序列最优分布函数均通过K-S检验（显著性水平α=0.05），最优概率分布函数均能很好地表征成都市不同尺度降水序列的分布特征。成都市年及四季干旱站次比、干旱强度均呈弱增强趋势。年及四季干旱频率为25.40%~36.51%，不同尺度干旱频率的空间分布存在较大差异，相比秋旱和冬旱，春旱和夏旱发生频率略高。成都市14个区（市、县）不同等级年旱、春旱、夏旱、秋旱和冬旱的空间分布具有较大差异，但均以轻旱和中旱发生频率较高。
台风“温比亚”是山东致灾最严重的热带气旋，引发了山东罕见的洪涝灾害。本文利用常规气象观测、美国国家环境预报中心再分析资料及自动气象站降雨量观测资料，对2018年8月17—20日由台风“温比亚”引发山东极端暴雨的锋生机制进行分析。结果表明，台风“温比亚”影响山东的降水分为台风外围云系降水、中低纬系统相互作用降水和台风倒槽降水3个阶段。此次台风大暴雨的锋生区主要在低层，锋生区位置与冷空气位置密切相关，强降水落区与锋生区位置较为吻合，锋生强度大值中心与大暴雨中心对应较好，锋生强度对未来6 h降雨有指示意义；假相当位温（θse）等值线密集带南侧的辐合流场是促进锋生的关键，此次暴雨过程伸长变形锋生区与散度辐合中心、θse大值中心及总锋生区位置分布较为一致，伸长变形项、切变变形项和散度项都对总锋生有正贡献；此次台风暴雨由锋生动力作用产生，锋生次级环流上升支最强区域正对应暴雨最强区域。在强水汽输送、辐合作用和对流不稳定强的条件下，台风倒槽辐合与强锋生次级环流共同作用产生强上升运动，且动力抬升作用迅速增强，导致水汽强烈辐合并向高层输送，形成山东特大暴雨；暴雨区位于700 hPa正螺旋度中心及其右侧位置，正螺旋度迅速增强时段与强降水时段相对应，正螺旋度大值中心下移到900 hPa附近可预示台风强降水减弱。
研究福建暖季对流系统分布特征对对流天气的预报预警有重要参考意义。利用福建建阳、龙岩、长乐、厦门4部天气雷达2008—2017年资料识别暖季（4—8月）对流，分区域分析对流的空间、时间和垂直结构，以及不同面积和伸展高度的对流系统的空间和日变化特征。结果表明：福建暖季的5—6和8月为对流活动高峰期；暖季对流具有明显的区域分布特征，4—6月对流高发区位于内陆，7—8月位于沿海山脉一带；6—8月以中深对流为主，4月以大面积对流为主，5—6月以中等和大面积对流为主，7—8月以中等和小面积对流为主。对流的垂直结构月分布有差异，中等强度对流的回波强度7—8月最强，西北部回波发展高度最高。对流频数存在明显的日变化，对流常发生于15：00—16：00（北京时），7—8月以午后单峰为主，4—5月呈双峰或多峰特征。面积越大的对流系统频数峰值出现越迟，中深和深对流午后峰值明显。5—6月内陆夜间到清晨对流高发由边界层惯性振荡形成风场的日变化及其扰动风与地形相互作用造成，8月沿海山脉对流高发原因是午后沿海山脉处于近地层加热中心、风场辐合和能量大值区中。
作为蒸散的主要驱动因子之一，饱和水汽压差（Vapor Pressure Deficit，VPD）反映了大气从地表获取水分的能力。掌握VPD的时空变化特征对于理解区域大气干湿状态对气候变化的响应具有重要意义。本文利用1981—2023年中国珠穆朗玛峰地区（简称“珠峰地区”）11个气象站逐月日照时数、平均气温、平均最高气温、平均最低气温、降水量、相对湿度、水汽压和平均风速等资料，采用气候倾向率、逐步回归分析和Mann-Kendall检验，分析了近43 a珠峰地区VPD的时空分布特征及影响因子。结果表明，珠峰地区年、季平均VPD总体呈西南低、东北高的分布特征，VPD月变化呈双峰型分布，峰值分别出现在6月、9月，最小值出现在1月；季变化表现为夏季>春季>秋季>冬季。近43 a珠峰地区年平均VPD以0.029 kPa·（10 a）-1的速率呈上升趋势，夏季增幅最大；20世纪80、90年代VPD相对较低，以90年代最明显；21世纪最初十年，春秋季VPD偏低、夏冬季VPD偏高；21世纪10年代VPD偏高，特别是夏秋两季；春季和汛期VPD的突变发生在21世纪最初十年的后期，而其他3季和年平均VPD的突变发生在21世纪10年代初。珠峰地区VPD的变化主要由饱和水汽压驱动，尤其是春、秋季。四季和年平均气温显著升高是引起VPD显著增加的主导因子，而汛期水汽压的下降也对VPD增大起到重要作用。
使用不同的气候态时段意味着对气象要素、气候事件的异常状况及其变化特征评价结果的改变，这对气候监测预测业务具有实质性的影响。利用1981—2021年宁夏国家级气象站气温和降水量观测数据，对比分析1981—2010年（旧气候态时段）与1991—2020年（新气候态时段）的气温和降水特征差异，并探讨了这些要素的极端性特征变化。结果表明，相比旧气候态时段，新气候态时段宁夏年均及四季平均气温普遍偏高，特别是春、夏、冬3季的平均气温增幅较明显，异常偏高（低）的频率相应增加（减小）；银川市、吴忠市西部和中卫市北部为气温增幅大值区；极端最高（低）气温强度总体增强（减弱）、频率增加（减小）；夏季各地极端高温阈值提高、强度增强，中北部地区尤为突出，而冬季大部地区极端低温强度减弱，但局地极端低温变幅较大。新气候态时段的年均及夏、秋、冬季平均降水量均多于旧气候态时段，其中夏、秋季降水量异常偏多频率增加，春、冬季则相反，各季降水量异常偏少的频率有不同程度的下降；季节降水空间差异明显，夏、秋季降水普遍增多，春、冬季则表现为“北减少、南增多”的格局；春、秋（夏、冬）季极端降水总体趋强（弱），但极端性降水事件趋少（多）；夏季极端降水的阈值和强度差异在南北地区较大、中部较小，石嘴山市的极端性降水明显增加。
为加深对极端暴雪的认识，揭示异常影响因子导致极端暴雪的可能性，利用气象观测资料和再分析资料，对2021年2月24日和2月27日至3月1日（分别简称“过程Ⅰ”和“过程Ⅱ”）山西两次大暴雪天气过程的极端性进行对比分析。结果表明：过程Ⅰ是一次对流性暴雪过程，由高原槽、地面倒槽和回流的共同作用引起；强烈的西南暖湿急流在“冷垫”上迅速爬升和对称不稳定共同导致潜在不稳定能量快速释放，造成过程降水范围集中、降雪强度大、持续时间短；过程中，冷空气迅速侵入，降水相态由雨迅速转为雪。过程Ⅱ是以稳定性为主的降雪过程，受高空槽、地面气旋和倒槽共同影响；在系统性冷空气侵入过程中，形成降水范围大、持续时间长的极端暴雪过程；此次降雪过程降水相态变化复杂。两次过程在降水开始前，环流形势、水汽输送机制、不稳定机制和上升运动分布特征存在显著差异。过程期间，局地比湿、700 hPa能量和上升运动均较历史同期异常偏大，这是极端天气出现的重要原因之一。两次过程降水中心均位于降水前6~12 h异常物理量中心的下游，水汽输送和湿层增厚也对降水开始时间有一定指示意义。降水相态的转换与温度的垂直分布和锋面结构密切相关。
移出高原低涡多引发青藏高原下游地区大范围的暴雨等灾害性天气，针对移出型低涡在移出高原后为何发展或减弱的问题，基于1990—2019年暖季（5—9月）高原低涡数据库、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）ERA5再分析资料和热带测雨TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission）卫星反演的3B42降水资料，采用气象统计分析、天气学分析和诊断分析等方法，针对移出型高原低涡的发生规律、环流特征及移出发展型和移出减弱型两类低涡典型个例发展机制的异同进行了探讨。结果表明：近30 a来移出型高原低涡频数呈现弱增多趋势，平均每年有6.5次，其中5月移出型低涡最多。根据初生位置分为西部涡、中部涡和东部涡，西部涡的主要源地集中在狮泉河和改则北部，中部涡主要在申扎北部及沱沱河一带，东部涡源地为杂多与曲麻莱一带，其中东部涡最多且移动路径以偏东为主。200 hPa南亚高压范围较大、强度较强，加强了高层的水平辐散及垂直上升运动；500 hPa西太平洋副热带高压较弱，对低涡移动的阻挡作用减弱，均是促使低涡发展东移的原因。移出型高原低涡分为发展和减弱两种类型。对比分析发现，在低涡东移过程中，移出发展型低涡冷暖平流交汇清晰、锋生作用增强，位涡在水平方向上呈西南—东北带状分布，有东传现象，垂直方向上高空正位涡下传明显；移出减弱型低涡多维持暖心结构，移出高原后低涡逐渐脱离位涡大值区，高空正位涡下传趋于不明显。移出发展型低涡降水出现在低涡中心及其南侧，降水强度较强、范围较大；移出减弱型低涡降水强度较弱、范围较小。
研究近云区湍流对于提高飞机颠簸预报能力，保障航空运输安全具有重要意义。利用WRF（Weather Research and Forecasting）V4.3.1模式对我国福建省上空一次中等强度近云区湍流事件开展高分辨率数值模拟，对天气尺度背景和颠簸指数进行检验，分析此次湍流事件的形成原因；借助不考虑湿过程的敏感试验，研究云系演变对湍流产生的影响机制。结果表明：此次湍流事件主要受东南沿海地区冷高压外围低层云区影响，高层南支急流逐渐向东移至湍流区上方，垂直风切变较强，伴有对流层顶折叠现象。高分辨率模拟能够合理再现湍流期间环流背景。颠簸指数（Ri数和NCSU1）对本次湍流事件的强度和位置有较好的指示作用。湍流区附近的惯性不稳定与湍流耗散动能（Turbulent Kinetic Energy，TKE）大值区均分布在云区周围，受云区影响，湍流区内纬向风增量自南向北逐渐增强，经向风增量自西向东减弱，贡献了负绝对涡度，云顶高度附近的上升气流影响了上方湍流区局地风场；下沉气流经云顶与饱和湿空气混合稀释，引起惯性不稳定，最终导致湍流事件发生。而无云时湍流区TKE消失，垂直风切变减弱，两种颠簸指数也未能诊断出湍流事件。
研究气候变化和人类活动对黄河干流甘肃段植被的影响，对于黄河流域生态安全建设有一定意义。基于黄河干流甘肃段中分辨率成像光谱仪（Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer，MODIS）归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）、18个地面气象观测站的降水和气温数据，采用线性趋势分析、偏相关分析、残差分析等方法，对黄河干流甘肃段2001—2020年NDVI时空变化特征及气候变化和人类活动对NDVI变化的贡献度进行了定量分析。结果表明：黄河干流甘肃段2001—2020年NDVI增长速率为0.05·（10 a）-1，其中2001—2010年为缓慢上升阶段，增长率为0.04·（10 a）-1，2011—2020年为快速上升阶段，增长率为0.08·（10 a）-1；近20 a黄河干流甘肃段植被生态整体呈良性发展，植被改善区位于临夏回族自治州中北部、兰州市及白银市东南部地区。研究区内对NDVI变化起主导作用的气候因子各有不同，甘南州大部NDVI与气温的正相关性更高；临夏州北部、兰州市及白银市NDVI与降水量的相关性更显著。黄河流域甘肃段植被变化是气候因子和人类活动共同作用的结果，2001—2020年气候因子对NDVI变化的贡献度为75.27%，人类活动贡献度为24.73%，气候因子仍是黄河流域甘肃段植被变化的主导因素，但人类活动对植被变化的影响程度逐渐加深。
研究甘孜州地区多年植被覆盖变化与气候因子的关系，可以增进对该区域生态环境发展和生态结构变化的了解，对甘孜州生态保护有重要意义。基于2003—2022年MODIS（Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer）-NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）数据，使用趋势分析、Hurst指数等分析甘孜州近20 a植被覆盖变化，利用与植被指数存在明显关联性的温度和降水数据，分析植被覆盖变化与气候因子的关系。结果表明，植被覆盖分布与海拔和流域存在一定关联，研究时段内甘孜州NDVI整体呈上升趋势。过去20 a，甘孜州植被覆盖上升区域约占其总面积的67.83%，且有25.37%的区域或将保持与当下相同的演化趋势。降水和温度的空间分布存在区域差异，降水在夏季有明显起伏变化，这与当地夏季受青藏高压影响存在一定联系；降水和温度影响可解释研究时段内区域植被覆盖变化的70%，且温度对植被覆盖变化的贡献高于降水。
土壤墒情是重要的土壤干旱监测指标，研究其与气候变化的关系有助于揭示全球变化背景下土壤干旱的发生机制。本文基于Web of Science数据库核心数据集，对气候变化与土壤墒情关系研究主题的文献进行了分析，结果表明，1988—2023年相关文献数量呈“平稳、增长、激增”的变化趋势。其中，中国学者和科研单位发表的文献数量最多，但整体国际影响力相较美国等发达国家仍显不足。在学科分布上，研究成果主要集中于环境科学与生态学、地球科学及农林科学等领域。研究重点包括土壤-气候相互作用、土壤生态系统管理、水文气象与土壤干旱监测，以及气候数据分析与生态模型应用等方面。近年来，研究热点逐渐聚焦于前沿技术（如多源传感监测和人工智能等）在土壤干旱监测中的应用，同时，极端气候事件对不同生态系统的影响及其应对策略也成为重要研究方向。
